CN104695135A - 一种可生物降解无纺布及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料应用领域，公开了一种可生物降解无纺布及其制备方法，该生物降解无纺布采用可生物降解的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT），经过熔喷工艺制备成无纺布，该方法无污染、加工环节少、易操作。本发明提供的无纺布具有可生物降解性、柔软性好、舒适感强、和良好的力学性能等优点，纵向拉伸强度可达16MPa，纵向延伸率达到200%以上，采用熔喷方法制备无纺布，使其纤维直径较细，得到无纺布具有比表面积大、孔隙率高，过滤效率优等特点。可广泛应用于医用和工业用口罩、保暖材料、过滤材料、医疗卫生材料、吸油材料、擦拭布、电池隔板以及隔音材料等领域。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料应用领域，涉及一种可生物降解的无纺布及其制备方法。
背景技术
无纺布又称为不织布，是由定向的或随机的纤维构成，具有防潮、透气、柔韧、质轻、容易分解、无毒、无刺激性等特点。而利用熔喷法制作熔喷无纺布是一种新型有发展前途的新技术，具有工艺先进、流程短、成本低廉等优点，特别是近年来，随着工业的飞速发展以及对环境保护的加强，熔喷无纺布的市场需求越来越大。
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）是由对苯二甲酸、己二酸和1，4－丁二醇聚合而成的三元共聚酯，为近年来国内外研究较多的一种新型的生物降解材料。PBAT中含柔性的脂肪链和刚性的芳香键，因而具有高韧性和耐高温性，而由于脂肪族酯键的存在，促使其具有生物可降解性。
中国专利201310012884.8公开了一种可生物降解的熔喷无纺布切片及其制备方法，将聚碳酸亚丙酯和聚丙烯熔喷无纺布切片熔融共混，制备出具有优良性能的可生物降解的熔喷无纺布切片。虽然其力学性能优异，热分解温度较高，但由于聚丙烯的存在，其可降解性能还需进一步的改进。东华大学阚瑞俊等用PBAT与PHBV共混后进行熔喷无纺布制备实验，使其共混物拥有优良的热稳定性，扩宽了熔纺温度窗口，但熔喷无纺布的力学强度并不是很理想，综合性能还有待进一步的提高。
随着人们环保意识的增强，可生物降解材料也得到了广泛的重视。但目前，对PBAT无纺布及其制作方法的相关报道不是很多，较多地是将PBAT与其他高分子材料进行共混后制备无纺布，以改善共混材料性能。PBAT材料具有良好的生物降解性，手感较PLA等材料柔软，具有较好的弹性，耐热性好，比普通材料耐高温，这些优点决定了其具有广阔的应用前景。
因此，制造具有良好性能的PBAT无纺布材料，具有重要的现实意义。在本发明中，用来制备熔喷无纺布的聚酯的分子量高，且分布较均匀，得到的材料的力学性能及耐热性较好，可广泛应用于医用和工业用口罩、保暖材料、过滤材料、医疗卫生材料、吸油材料、擦拭布、电池隔板以及隔音材料等领域。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种可生物降解无纺布及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种可生物降解的无纺布，采用可生物降解的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）为原料，经过熔喷工艺制备而成。
所述的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）的结构式为：
所述的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）是无规共聚，由上述两个重复单元组成，其中，1≤x≤50，1≤y≤50。
所述的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的熔点为105-150℃，优选120-140℃，熔点远低于其分解温度，热分解温度高于300℃。
所述的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯颗粒的数均分子量（Mn）为2.6-8万，优选为5-7万，重均分子量（Mw）为5-12万，优选8-10万，分子量分散度为1.6-3，优选1.8-2.5。
所述的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）的熔体流动速率是采用熔体流动速率仪测定，实验温度190℃，标称负荷2160g，熔融指数>130g/10min。
一种上述可生物降解无纺布的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）粒子进行真空干燥，
（2）将干燥后的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯粒子通过螺杆挤压机加热、熔融、挤压成熔体，当熔体从模头的喷丝孔挤出时，受到喷丝孔两侧的高压热气流喷吹，聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯熔体被拉伸成超细纤维，凝聚在离喷头的滚筒式接收器上，自粘合成无纺布，冷却后用刀片将无纺布从滚筒上取下放入干燥箱内干燥定型，得到的可生物降解无纺布。
所述的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）的真空干燥温度为60-100℃，干燥时间24-48h。
所述的步骤（2）中，熔融温度为200-270℃；滚筒式接收器与喷头的距离为5-30cm，滚筒转速为20-35r/min；喷丝孔两侧的热气流的流速为50-250m/sec，温度为190-320℃。
所述的干燥定型温度为80-100℃，定型时间为5-20h。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明设备简单、工艺流程短、能耗低。采用熔喷方法制备无纺布，使其纤维直径较细，得到无纺布具有比表面积大、孔隙率高，过滤效率优等特点。
（2）本发明制备的可生物降解熔喷无纺布的纵向拉伸强度可达16MPa，纵向延伸率达到200%以上，与其他可降解无纺布材料相比，具有良好的力学性能。
（3）本发明所提供的无纺布具有可生物降解性、柔软性好、舒适感强等优点，可广泛应用于医用和工业用口罩、保暖材料、过滤材料、医疗卫生材料、吸油材料、擦拭布、电池隔板以及隔音材料等领域。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步说明本发明。
实施例1
将数均分子量为30000的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）粒子在60℃下真空干燥48h，使得含水率<100ppm；
再将干燥后的PBAT粒子经螺杆挤出机加热、熔融温度为200℃、挤压成熔体，当熔体从模头的喷丝孔挤出时，受到喷丝孔两侧流速为50m/sec，温度为190℃的高压热气流喷吹，PBAT聚酯熔体被拉伸成超细纤维，凝聚在离喷头距离5cm的滚筒式接收器上，接收器的滚筒转速为20r/min，自粘合成无纺布，冷却后用刀片将无纺布从滚筒上取下放入干燥箱内干燥定型，定型温度为80℃，定型时间20h，得到的可生物降解无纺布。
实施例2
将数均分子量为50000的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）粒子在70℃下真空干燥40h，使得含水率<100ppm；
再将干燥后的PBAT粒子经螺杆挤出机加热、熔融温度为220℃、挤压成熔体，当熔体从模头的喷丝孔挤出时，受到喷丝孔两侧流速为100m/sec，温度为250℃的高压热气流喷吹，PBAT聚酯熔体被拉伸成超细纤维，凝聚在离喷头距离10cm的滚筒式接收器上，接收器的滚筒转速为25r/min，自粘合成无纺布，冷却后用刀片将无纺布从滚筒上取下放入干燥箱内干燥定型，定型温度为85℃，定型时间15h，得到的可生物降解无纺布。
实施例3
将数均分子量为55000的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）粒子在80℃下真空干燥36h，使得含水率<100ppm；
再将干燥后的PBAT粒子经螺杆挤出机加热、熔融温度为240℃、挤压成熔体，当熔体从模头的喷丝孔挤出时，受到喷丝孔两侧流速为150m/sec，温度为270℃的高压热气流喷吹，PBAT聚酯熔体被拉伸成超细纤维，凝聚在离喷头距离20cm的滚筒式接收器上，接收器的滚筒转速为27r/min，自粘合成无纺布，冷却后用刀片将无纺布从滚筒上取下放入干燥箱内干燥定型，定型温度为90℃，定型时间10h，得到的可生物降解无纺布。
实施例4
将数均分子量为60000的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）粒子在90℃下真空干燥24h，使得含水率<100ppm；
再将干燥后的PBAT粒子经螺杆挤出机加热、熔融温度为250℃、挤压成熔体，当熔体从模头的喷丝孔挤出时，受到喷丝孔两侧流速为200m/sec，温度为300℃的高压热气流喷吹，PBAT聚酯熔体被拉伸成超细纤维，凝聚在离喷头距离30cm的滚筒式接收器上，接收器的滚筒转速为35r/min，自粘合成无纺布，冷却后用刀片将无纺布从滚筒上取下放入干燥箱内干燥定型，定型温度为100℃，定型时间5h，得到的可生物降解无纺布。
实施例5
将数均分子量为70000的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）粒子在100℃下真空干燥33h，使得含水率<100ppm；
再将干燥后的PBAT粒子经螺杆挤出机加热、熔融温度为260℃、挤压成熔体，当熔体从模头的喷丝孔挤出时，受到喷丝孔两侧流速为250m/sec，温度为320℃的高压热气流喷吹，PBAT聚酯熔体被拉伸成超细纤维，凝聚在离喷头距离25cm的滚筒式接收器上，接收器的滚筒转速为30r/min，自粘合成无纺布，冷却后用刀片将无纺布从滚筒上取下放入干燥箱内干燥定型，定型温度为90℃，定型时间15h，得到的可生物降解无纺布。
实施例6
将数均分子量为60000的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）粒子在85℃下真空干燥30h，使得含水率<100ppm；
再将干燥后的PBAT粒子经螺杆挤出机加热、熔融温度为270℃、挤压成熔体，当熔体从模头的喷丝孔挤出时，受到喷丝孔两侧流速为200m/sec，温度为200℃的高压热气流喷吹，PBAT聚酯熔体被拉伸成超细纤维，凝聚在离喷头距离15cm的滚筒式接收器上，接收器的滚筒转速为33r/min，自粘合成无纺布，冷却后用刀片将无纺布从滚筒上取下放入干燥箱内干燥定型，定型温度为85℃，定型时间10h，得到的可生物降解无纺布。
实施例7
将数均分子量为80000的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）粒子在75℃下真空干燥44h，使得含水率<100ppm；
再将干燥后的PBAT粒子经螺杆挤出机加热、熔融温度为245℃、挤压成熔体，当熔体从模头的喷丝孔挤出时，受到喷丝孔两侧流速为150m/sec，温度为250℃的高压热气流喷吹，PBAT聚酯熔体被拉伸成超细纤维，凝聚在离喷头距离20cm的滚筒式接收器上，接收器的滚筒转速为25r/min，自粘合成无纺布，冷却后用刀片将无纺布从滚筒上取下放入干燥箱内干燥定型，定型温度为95℃，定型时间10h，得到的可生物降解无纺布。
上述实施例得到的可降解无纺布的性能指标，结果列于下表1：
表1
| 克重（g/m2） | 纵向强度（MPa） | 纵向延伸率（%） | 手感 | |
| 实施例1 | 186 | 8.9 | 300 | 柔软 |
| 实施例2 | 220 | 12.5 | 286 | 柔软 |
| 实施例3 | 198 | 16.3 | 317 | 柔软 |
| 实施例4 | 250 | 14.2 | 322 | 柔软 |
| 实施例5 | 243 | 10.7 | 304 | 柔软 |
| 实施例6 | 207 | 15.1 | 293 | 柔软 |
| 实施例7 | 212 | 9.6 | 290 | 柔软 |
通过以上实施例结果可知，本发明得到的可生物降解熔喷无纺布，其纵向强度≥8.9MPa，可达到16MPa，纵向延伸率在200%以上。与PLA等可降解材料相比，本发明制备的无纺布弹性较好，手感更为柔软，具有更广泛的应用领域。
同时，本发明制备无纺布的方法简单、易操作，可使用常规的熔喷无纺布设备，不需特定购买及改造。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种可生物降解的无纺布，其特征在于：采用可生物降解的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯为原料，经过熔喷工艺制备而成。
2.根据权利要求1所述的可生物降解的无纺布，其特征在于：所述的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的结构式为：其中，1≤x≤50，1≤y≤50。
3.根据权利要求1所述的可生物降解的无纺布，其特征在于：所述的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的熔点为105-150℃，优选120-140℃；热分解温度高于300℃。
4.根据权利要求1所述的可生物降解的无纺布，其特征在于：所述的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯颗粒的数均分子量为2.6-8万，优选为5-7万，重均分子量为5-12万，优选8-10万，分子量分散度为1.6-3，优选1.8-2.5。
5.根据权利要求1或2所述的可生物降解的无纺布，其特征在于：所述的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的熔体流动速率采用熔体流动速率仪测定，实验温度190℃，标称负荷2160g，熔融指数>130g/10min。
6.一种权利要求1-5中任一所述的可生物降解无纺布的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯粒子进行真空干燥，
（2）将干燥后的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯粒子通过螺杆挤压机加热、熔融、挤压成熔体，当熔体从模头的喷丝孔挤出时，受到喷丝孔两侧的高压热气流喷吹，聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯熔体被拉伸成超细纤维，凝聚在离喷头的滚筒式接收器上，自粘合成无纺布，冷却后用刀片将无纺布从滚筒上取下放入干燥箱内干燥定型，得到的可生物降解的无纺布。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯的真空干燥温度为60-100℃，干燥时间为24-48h。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）中，熔融温度为200-270℃；滚筒式接收器与喷头的距离为5-30cm，滚筒转速为20-35r/min；喷丝孔两侧的热气流的流速为50-250m/sec，温度为190-320℃。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的干燥定型温度为80-100℃，定型时间为5-20h。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150610 |